[發(fā)明專利]一種大容量高頻變壓器熱點(diǎn)模型構(gòu)建方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202210005919.4
• 申請日: 2022-01-04
• 公開（公告）號: CN114297876A
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張建文;陳婷;胡雪;張樂彬;王路伽
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/08
• 代理公司: 北京中仟知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11825
• 代理人: 劉文騫

本發(fā)明公開了一種大容量高頻變壓器熱點(diǎn)模型構(gòu)建方法，應(yīng)用于計(jì)算高頻變壓器磁芯和繞組的熱點(diǎn)溫度。構(gòu)建的熱點(diǎn)模型包括磁芯熱阻和熱容模型，初次級繞組熱阻和熱容模型，其基于電磁損耗理論和傳熱理論，綜合考慮高頻變壓器的繞組結(jié)構(gòu)以及繞組與磁芯間的位置關(guān)系，通過定義磁芯和繞組參數(shù)，將各部分損耗導(dǎo)入模型所對應(yīng)的微分方程，實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)溫度的計(jì)算進(jìn)而估測高頻變壓器的運(yùn)行狀態(tài)。本發(fā)明通過各部分獨(dú)立損耗計(jì)算熱點(diǎn)溫度，提高了精確性，不僅可以預(yù)測高頻變壓器各部分的溫度分布，也為實(shí)現(xiàn)高頻變壓器的有效散熱以及絕緣設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及大功率高頻變壓器領(lǐng)域技術(shù)，特別是涉及一種大容量高頻變壓器熱點(diǎn)模型構(gòu)建方法。

背景技術(shù)

隨著智能電網(wǎng)的提出和發(fā)展，太陽能、風(fēng)能等可再生能源發(fā)電的投入比例不斷增加，由于新能源發(fā)電的隨機(jī)性和不穩(wěn)定性，電力系統(tǒng)對電氣設(shè)備的管理也越來嚴(yán)格，傳統(tǒng)的工頻變壓器因其功能單一很難滿足現(xiàn)代電網(wǎng)的發(fā)展要求。電力電子變壓器將電力電子技術(shù)與高頻電磁感應(yīng)原理相結(jié)合，除了具有工頻變壓器的變壓與隔離功能外，還兼具有體積小、質(zhì)量輕，可調(diào)節(jié)功率因數(shù)和切斷電路故障等顯著優(yōu)勢，高頻變壓器作為電力電子變壓器的核心部件，對于未來電力系統(tǒng)的運(yùn)行有著極其重要的作用。與工頻變壓器相比，高頻變壓器的高功率密度使其集膚效應(yīng)和繞組的鄰近效應(yīng)非常明顯，高頻大功率也會產(chǎn)生極大的漏感和分布電容，由此而產(chǎn)生的磁芯和繞組損耗將會迅速增加，且高頻變壓器一般干式變壓器，較差的散熱性能會讓其溫升較高進(jìn)而發(fā)生局部和沿面放電，破壞絕緣結(jié)構(gòu)，降低電氣強(qiáng)度，縮短變壓器的壽命，更嚴(yán)重的甚至?xí)鸹馂?zāi)等重大事故。因此，高頻變壓器熱點(diǎn)模型的構(gòu)建來對其溫升進(jìn)行快速且準(zhǔn)確的評估迫在眉睫，通過定義熱容和非線性熱阻求得熱點(diǎn)溫度，根據(jù)熱點(diǎn)溫度進(jìn)而設(shè)計(jì)變壓器的散熱結(jié)構(gòu)，對于延長高頻變壓器的壽命和電網(wǎng)未來的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對以上提出的問題旨在提供一種大容量高頻變壓器的熱點(diǎn)模型來準(zhǔn)確的計(jì)算各種工況下磁芯和繞組的熱點(diǎn)溫度，為高頻變壓器的絕緣材料的選擇和絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，也為高頻變壓器的散熱設(shè)計(jì)拓展了思路。

本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方案如下：

一種大容量高頻變壓器的熱點(diǎn)模型，可根據(jù)熱點(diǎn)模型可求得磁芯和繞組的熱點(diǎn)溫度。

所述熱點(diǎn)模型包括高頻變壓器磁芯熱阻、磁芯熱容、初次級繞組熱阻和初次級繞組熱容。

所述熱點(diǎn)模型的微分方程組如下：

根據(jù)所述熱點(diǎn)模型和微分方程，可得熱點(diǎn)的求解步驟如下：

S1：確定高頻變壓器的磁芯材料，根據(jù)修正的Steinmetz公式計(jì)算磁芯損耗為P_core；

S2：確定初級繞組和次級繞組材料和排布方式，計(jì)算初級和次級繞組的損耗分為P_pri和P_sec；

S3：根據(jù)磁芯材料和繞組材料的比熱容、體積和密度，計(jì)算磁芯、初級繞組和次級繞組的熱容C_core，C_pri，C_sec；

S4：計(jì)算磁芯與初級繞組之間熱阻R_cp，磁芯與次級繞組之間熱阻R_cs；

S5：設(shè)定高頻變壓器內(nèi)部的氣體流動情況，分別計(jì)算磁芯、初級繞組、次級繞組與環(huán)境之間的熱阻值R_ca，R_pa，R_sa；

S6：設(shè)定環(huán)境溫度T_a，將S1～S5求得的各個數(shù)值代入高頻變壓器熱點(diǎn)模型的微分方程中可求得所需的熱點(diǎn)溫度T_p，T_s，T_c；